(57)【要約】【課題】均一に媒体を加熱できるフューザを提供する。【解決手段】溶融部材と、溶融画像形成面を加熱する加熱素子と、溶融画像形成面と共にニップ部を定義する外周面を含む加圧ロールと、溶融画像形成面上の温度センサと、温度センサに接続された時間遅延計算器と、温度センサから信号を受け取り温度に基づいて加熱素子を制御するフィードバックコントローラと、加熱素子及び時間遅延計算器に接続された開ループコントローラとを含む。開ループコントローラは、時間遅延計算器から時間遅延信号を受け取り、媒体がニップ部に到達する前の時間ｔ−Δｔ前後から、媒体がニップ部に到達し溶融画像形成面に接触する時間ｔまで継続する期間、溶融画像形成面の温度を上昇させるために加熱素子を制御すべくフィードバックコントローラをバイパスする。フィードバックコントローラは、時間ｔ前後に加熱素子の制御を再開する。【選択図】図２
2010039490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融画像形成面を含む溶融部材と、
前記溶融画像形成面を加熱するための少なくとも１つの加熱素子と、
前記溶融画像形成面と共にニップ部を定義する外周面を含む加圧ロールと、
前記溶融画像形成面上の温度を検出するための温度センサと、
前記温度センサに接続された時間遅延計算器と、
前記温度センサ及び前記加熱素子に接続されると共に、前記溶融画像形成面上の温度を示す前記温度センサから信号を受け取り、前記温度に基づいて前記加熱素子を制御するフィードバックコントローラと、
前記加熱素子及び前記時間遅延計算器に接続された開ループコントローラと、
を含み、
前記開ループコントローラは、前記時間遅延計算器から時間遅延信号を受け取り、媒体が前記ニップ部に到達する前の時間ｔ−Δｔ（Δｔは時間遅延である）前後から、前記媒体が前記ニップ部に到達し前記溶融画像形成面に接触する前記時間ｔまで継続する期間、前記溶融画像形成面の温度を上昇させるために前記加熱素子を制御すべくフィードバックコントローラをバイパスし、
前記フィードバックコントローラは、前記時間ｔ前後に前記加熱素子の制御を再開する、
フューザ。
【請求項２】
前記ニップ部への前記媒体の到達時間ｔを検出するためのセンサが前記時間計算器及び前記開ループコントローラに接続され、
前記溶融部材がフューザロール又はフューザベルトである、
請求項１に記載のフューザ。
【請求項３】
請求項１に記載のフューザと、
前記媒体上の前記トナーを溶融させるために、前記溶融画像形成面と前記外表面とが前記媒体に熱及び圧力を付与する前記ニップ部に前記トナーを担持した前記媒体を供給するための給紙装置と、
を含む印刷装置。
【請求項４】
フューザにおいて媒体上のトナーを溶融する方法であって、該フューザは、溶融画像形成面を含む溶融部材と、少なくとも前記溶融画像形成面を加熱するための第一の加熱素子と、前記第一の加熱素子に接続されたフィードバックコントローラ及び開ループコントローラ、前記フィードバックコントローラに接続された時間遅延計算器、外表面を含む加圧ロール、及び前記溶融画像形成面と前記外表面との間に定義されるニップ部と、を含み、前記方法は、
前記溶融画像形成面の温度を検出し、
前記溶融画像形成面の前記温度に基づいて前記フィードバックコントローラで第一の加熱素子を制御し、
トナーを担持した最初の媒体を前記ニップ部へ供給し、
前記第一の媒体が前記ニップ部に到達する前の時間ｔ１−Δｔ（Δｔ１は時間遅延）前後から、前記第一の媒体が前記ニップ部に到達し前記溶融画像形成面に接触する前記時間ｔ１まで継続する期間、前記溶融画像形成面の温度を上昇させるために第一の加熱要素を制御すべく前記開ループコントローラを利用して前記フィードバックコントローラをバイパスさせるために、前記時間遅延計算器から前記バイパスコントローラへ時間遅延信号を送り、
前記時間ｔ１前後において前記フィードバックコントローラにより前記第一の加熱素子の制御を再開する、
ことを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フューザ、印刷装置、及び印刷工程において印刷媒体上のトナーを溶融させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なゼログラフィック印刷工程では、トナー像が媒体上に形成され、該媒体上でトナーが加熱され、溶融する。媒体上でトナーを熱溶融する際に利用される１つの工程は、ニップ部を含むフューザを利用する。動作中、トナー像を担持した媒体がニップ部に供給され、ニップ部においてトナーを溶融すべく熱及び圧力が媒体に付与される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６５０５８３２号公報
【特許文献２】米国特許第７０５７１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
均一な画像を提供するため、溶融時により均一に媒体を加熱できるフューザを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態は、溶融画像形成面を含む溶融部材と、溶融画像形成面を加熱するための少なくとも１つの加熱素子と、外表面、外表面、及びニップ部を定義する溶融画像形成面を含む加圧ロールと、溶融画像形成面上の温度を検出するための温度センサと、温度センサに接続された時間遅延計算器と、温度センサ及び加熱素子に接続されると共に、溶融画像形成面上の温度を示す温度センサから信号を受け取り、温度に基づいて加熱素子を制御するフィードバックコントローラと、加熱素子及び時間遅延計算器に接続された開ループコントローラと、を含むフューザである。開ループコントローラは、時間遅延計算器から時間遅延信号を受け取り、媒体がニップ部に到達する前の時間ｔ−Δｔ（Δｔは時間遅延である）前後から、媒体がニップ部に到達し溶融画像形成面に接触する時間ｔまで継続する期間、溶融画像形成面の温度を上昇させるために加熱素子を制御すべくフィードバックコントローラをバイパスする。フィードバックコントローラは、時間ｔ前後に加熱素子の制御を再開する。
【０００６】
更に、本発明の実施形態は、フューザにおいて媒体上のトナーを溶融する方法であって、該フューザは、溶融画像形成面を含む溶融部材と、少なくとも溶融画像形成面を加熱するための第一の加熱素子と、第一の加熱素子に接続されたフィードバックコントローラ及び開ループコントローラ、フィードバックコントローラに接続された時間遅延計算器、外表面を含む加圧ロール、及び溶融画像形成面と外表面との間に定義されるニップ部と、を含む。該方法は、溶融画像形成面の温度を検出し、溶融画像形成面の温度に基づいてフィードバックコントローラで第一の加熱素子を制御し、トナーを担持した最初の媒体をニップ部へ供給し、第一の媒体がニップ部に到達する前の時間ｔ１−Δｔ前後から、第一の媒体がニップ部に到達し溶融画像形成面に接触する時間ｔ１まで継続する期間、溶融画像形成面の温度を上昇させるために第一の加熱要素を制御すべく開ループコントローラを利用してフィードバックコントローラをバイパスさせるために、時間遅延計算器からバイパスコントローラへ時間遅延信号を送り、時間ｔ１前後においてフィードバックコントローラにより第一の加熱素子の制御を再開する、ことを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的な印刷装置を示す図である。
【図２】フューザロールを含む例示的なフューザを示す図である。
【図３】フューザベルトを含む例示的なフューザを示す図である。
【図４】例示的なフューザ温度対時間曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本発明のフューザを利用可能な印刷装置の例示的実施形態を示している。印刷装置は、感光体ベルトを利用して媒体上に画像を形成するために利用される。
【０００９】
図１に示すように、印刷装置１００は、矢印１１４の方向に移動して画像形成ステーションＡ〜Ｉを通る、連続する感光体ベルト１１２を含む。画像形成ステーションは、帯電ステーションＡ、画像形成／露光ステーションＢ、現像ステーションＣ、Ｄ、Ｅ及びＦ、転写ステーションＧ、溶融ステーションＨ及びクリーニングステーションＩを含む。
【００１０】
媒体１３０は給紙装置１３２によって転写ステーションＧに進められ、感光体ベルト１１２に接触させられる。これにより感光体ベルト１１２上に形成されたトナー画像が前進している媒体１３０と接触する。
【００１１】
媒体は矢印１３８の方向に進んでコンベヤ１４０上に載置され、溶融ステーションＨに進む。溶融ステーションＨは、媒体１３０上に転写された粉末画像を、加熱されたフューザロール１５２及び加圧ロール１５４によって媒体１３０に永久的に定着させる（溶融させる）ためのフューザ１５０を含む。
【００１２】
図２に例示的フューザ２００を示す。フューザ２００は、例えばフューザ１５０の代わりに図１に示される印刷装置１００において媒体上のトナー像を溶融させるための各種構造を有する印刷装置で利用できる。
【００１３】
フューザ２００は、フューザロール２０２、加圧ロール２０４、及びフューザロール２０２と加圧ロール２０４の間のニップ部２０６の形態をとる溶融部材を含む。駆動機構によりフューザロール２０２は反時計方向に、加圧ロール２０２は時計方向に回転される。
【００１４】
フューザロール２０２の内部は加熱素子２５０により加熱される。実施形態において、加熱素子２５０はタングステン石英灯などのランプである。加熱素子２５０は、フューザロール２０２の長さ方向寸法に沿って軸方向に延出する。外表面２０３（溶融画像形成面）を加熱するため、電源から加熱素子２５０に電力が供給される。
【００１５】
加圧ロール２０４の内部は加熱素子２５２により加熱される。加熱素子２５２は電源から電力供給を受け、外表面２０５を加熱する。
【００１６】
フューザ２００は、フューザロール２０２の外表面２０３上の選択された位置で温度を検出すべく配置される温度センサ２６０を含む。軸方向に離間配置された２つ以上の温度センサは、２箇所以上において外表面２０３の温度を検出すべくフューザ２００中で利用できる。
【００１７】
フィードバックコントローラ２７０は、フューザロール２０２の加熱素子２５０と、温度センサ２６０とに接続される。フィードバックコントローラ２７０は、例えばＰＩＤ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｉｎｔｅｇｒａｌ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）コントローラであってもよい。フィードバックコントローラ２７０は、外表面２０３上で温度センサ２６０により測定される現在の温度と、この温度の設定値との間の誤差を、フィードバック（又は閉ループ）制御により修正する。フィードバックコントローラ２７０は、印刷装置が印刷ジョブ間のアイドリング状態にあるときフューザロール２０２をアイドリング温度に保持し、印刷装置が実行状態にあるときフューザロール２０２を設定温度に保持する。アイドリング温度はフューザ２００で印刷される媒体の溶融温度と同一であっても、それよりも低くても高くてもよい。フューザ２００がアイドリング状態にあるとき、フューザロール２０２の温度を保持すべく印加される電力レベルは低く、例えば加熱素子２５０の最大定格電力の約５％〜約１０％である。
【００１８】
図２は印刷装置の給紙装置によってニップ部２０６に供給される媒体２３０、例えば普通紙、コート紙、透明媒体、及び他のタイプの印刷媒体を示している。媒体２３０は上面２３２及び下面２３４を有する。少なくとも１つのトナー像（テキスト及び／又は他のタイプの画像）が上面２３２に担持される。ニップ部２０６において、外表面２０３は上面２３２と接触し、外表面２０５は下面２３４と接触し、上面２３２上でトナー像を溶融しうる熱及び圧力を媒体２３０に付与する。
【００１９】
媒体２３０でトナーを溶融すべく利用される溶融温度は、厚さ（重量）を含む媒体２３０の各種特性、並びに媒体におけるコーティングの有無に基づいて決定される。一般的に、紙媒体の重量は、約７５ｇｓｍ以下のものを軽量媒体、約７５ｇｓｍ〜約１６０ｇｓｍのものを中間重量媒体、１６０ｇｓｍ以上のものを重量媒体として分類できる。一般的に、これらの媒体の溶融温度は、軽量媒体：１８０℃、中間重量媒体：１９０℃、重量媒体：２００℃である。所与の媒体重量において、コーティングされた媒体の溶融温度は、コーティングされていない媒体のそれよりも１０℃高いことがある。通常、透明媒体の溶融温度は約２００℃である。更に、媒体の溶融温度はトナー組成物によって変化する。
【００２０】
フューザロール２０２と加圧ロール２０４との間（あるいは加圧ロールと、フューザニップ部を定義するフューザベルトとの間）のニップ部２０６に媒体２３０を供給することは、フューザロール２０２（又はフューザベルト）をアイドリング状態に保持するために使用される電力と比べて大幅に多くの電力を使用することがある。一般的に、媒体をニップ部２０６に供給する際、加熱素子２５０（あるいはフューザベルトを支持するロール）の最大定格電力の約６０％〜約９０％が使用される。媒体２３０がニップ部２０６に到達し、フューザロール２０２と接触することに伴い熱負荷が増大し、フューザロール２０２の温度が媒体上でトナーを溶融させる際に利用される設定温度未満に低下する。例えば、フューザロール２０２の温度は設定温度よりも約１０℃〜約２０℃低下することがある。
【００２１】
媒体２３０がニップ部２０６に到達する際のフューザロール２０２（又はフューザベルト）の温度低下の大きさは、媒体のタイプに部分的に依存する。媒体上にトナーを溶融するにあたり、薄い媒体には厚い媒体と比べて少ない熱エネルギーを供給することになる。媒体の組成及びトナー組成物の所与の組合せにおいて、トナーを溶融するにあたり、軽量媒体には中間重量媒体と比べて、及び中間重量媒体には重量媒体と比べて、少ない熱エネルギーを供給することになる。媒体重量及びトナー組成物が同一である場合、コーティングされていない媒体上のトナーは、コーティングされた媒体と比べて少ない熱エネルギーで溶融することができる。
【００２２】
媒体２３０がニップ部２０６に到達する際のフューザロール２０２の温度低下の大きさは、フューザロール２０２のハードウェア構成にも依存する。フューザロール２０２の熱応答に影響を与えうるパラメータとして、例えばフューザ２００を含む印刷装置が加熱素子２５０に関する電力制限条件下で動作しているか否かが挙げられる。このような電力制限条件として、例えばＡＣライン電圧が低下していることや、点滅／高調波制限デバイスを利用していること、あるいはそれらに対する対策を講じていることが挙げられる。
【００２３】
フューザロール２０２の特性も自らの温度低下の大きさに影響する場合がある。例えば、加熱素子２５０の電力定格を低下させると温度低下が増大する場合がある。フューザロール２０２の適合性を有する外側層を形成する材料の熱的性質（例えば熱的質量及び熱伝導率）も、外表面２０３への熱移動に影響を与えることで温度低下に影響する場合がある。
【００２４】
フューザ２００がアイドリング状態にあるとき、より高い設定温度をフューザロール２０２に適用することで、媒体２３０との接触によって生じるフューザロール２０２の温度低下を緩和することが可能である。このアプローチによりフューザロール２０２のより大きな温度低下が発生し、例えばトナーが媒体に付着しにくくなり、溶融した画像の品質が低下することがあるが、フューザロール２０２の温度は、重量媒体及び／又はコーティングされた媒体がニップ部２０６に到達する際に、フューザロール２０２高い熱負荷がかかることにより著しく低下する場合がある。
【００２５】
加熱素子２５０がフィードバックコントローラ２７０によって制御されているとき、フューザロール２０２の温度が設定以下に低下する。加熱要素２５０は電力供給を受けてより大きい熱出力を生ずることによりフューザロール２０２を設定温度に再加熱する。しかし、フィードバックコントローラ２７０は、フューザロール２０２の温度を設定温度まで上昇させるべくフィードバック制御によって加熱素子２５０を制御するために時間（例えば約３０秒〜約４５秒）を要する。電力制限条件により、加熱素子２５０が最大出力及び画像品質に到達するまでの所要時間は増大する。この期間にフューザロール２０２の温度は低下を続け、ニップ部２０６に到達する後続のシートが設定温度以下の温度で加熱され、許容できないトナー像品質を生じることがある。
【００２６】
フューザ２００は、この媒体加熱問題に取り組むための特徴を含んでいる。フューザ２００は、フューザロール２０２の加熱素子２５０に接続された開ループコントローラ２８０を含む。フィードバックコントローラ２７０及び開ループコントローラ２８０からの入力信号は、加熱素子２５０（及び加熱素子２５０用の電源）に接続された加算結合点２９０において加えられ、単一の出力信号を生成する。
【００２７】
媒体２３０のニップ部２０６への到達時間ｔは、印刷装置の媒体供給特性に基づいて正確に推測又は計算され、あるいはセンサにより検出されることができる。印刷装置がアイドリング状態から実行状態へ移行しているとき、媒体２３０は印刷ジョブにおける最初の印刷となる場合がある。媒体２３０がニップ部２０６に到達する前の選択された時間ｔ−Δｔ前後に開始され、媒体２３０がニップ部に到達する時間ｔ前後までの期間Δｔにわたり、フィードバックコントローラ２７０は開ループコントローラ２８０によりバイパスされる。このバイパスは、フィードバックコントローラ２７０によるフィードバック制御を期間Δｔにわたり不可能とするアルゴリズムによって開始される。このことを本願明細書中で「時間遅延」と呼ぶ。時間遅延中にニップ部２０６に到達する媒体は、印刷装置の供給トレイ上に載置されていてもよく、またニップ部２０６に向かう媒体供給パス上に存在してもよい。
【００２８】
時間遅延の長さは、媒体のタイプ及びフューザ２００のハードウェア構成に基づいて決定される。媒体は例えば厚さ、組成、平滑度及び／又はコーティングの有無に基づいて分類できる。コーティングされていない媒体では、時間遅延は媒体の重量に応じて一般的に約５秒から約１５秒である。コーティングされた媒体では、時間遅延は各媒体重量において一般的に数秒間長くなりえる。
【００２９】
フューザ２００のハードウェア構成及び電力制限条件の利用により時間遅延Δｔが影響を受ける場合がある。すなわち、加熱素子２５０の電力定格が増大するとΔｔは減少し、フューザロール２０２の熱伝導率が増大するとΔｔは減少し、フューザロール２０２の熱的質量が増大するとΔｔは増大し、線間電圧が増大するとΔｔが減少し、電流制限デバイスが利用されるとΔｔは増大する。これらの作用は時間遅延計算において考慮される。
【００３０】
フューザ２００は、温度センサ２６０及び開ループコントローラ２８０に接続された時間遅延計算器２７５を含む。時間遅延計算器２７５は、特性の異なる媒体上にトナーを溶融させるために利用される時間遅延の計算用アルゴリズムを含む。初期時間遅延は開ループコントローラ２８０によって印刷ジョブの最初の媒体に適用される。温度センサ２６０からの温度情報は開ループコントローラによって利用されない。時間遅延計算器２７５は、印刷ジョブにおける後続の印刷媒体のために、温度センサ２６０から得られる温度性能情報を利用して時間遅延値を再計算する。時間遅延計算器２７５は、コンピュータ可読媒体に記憶されたソフトウェア上で提供されてもよい。該コンピュータ可読媒体は、アルゴリズムを実行すべくシステムコンピュータによって判読可能なデータ構造でエンコードされる。また、時間遅延計算器２７５はフューザコントローラボードなどのハードウェア、あるいは他の適切な記憶装置上で提供されてもよい。初期時間遅延値及び再計算された時間遅延値は、例えばマシンの不揮発性メモリ（ＮＶＭ）に記憶されてもよい。時間遅延計算器２７５は、フューザロール２０２中の加熱素子２５０に高電力レベルで電力供給がなされるタイミングを示す時間遅延信号を開ループコントローラ２８０に送る。閉ループフィードバックコントローラ２７０及び開ループコントローラ２８０は、例えば、コンピュータ可読媒体上でエンコードされたソフトウェア又はフューザコントローラボード中のファームウェア上で提供できる。
【００３１】
バイパス期間（すなわち時間遅延）において、開ループコントローラ２８０は、フューザロール２０２を選択された高電力レベルに加熱するために供給電力量を増大させるべく加熱素子２５０を制御する。媒体２３０のニップ部２０６への供給及び加熱素子２５０の制御は、媒体２３０が時間ｔにニップ部２０６に到達するようにタイミングを定められ、フィードバックコントローラ２７０はこのタイミングにおいて加熱素子２５０の制御を再開する。フューザ２００は、媒体２３０のニップ部２０６への到達を検出するためにニップ部２０６の上流に配置される、光学センサなどの媒体センサ２４０を含む。センサ２４０は時間遅延計算器２７５及び開ループコントローラ２８０に接続される。時間遅延計算器２７５は、温度センサ２６０から受け取る信号に基づいてフューザロール２０２の温度性能を測定する。センサ２４０を利用して媒体２３０のニップ部２０６への到達時間ｔを検出し、また時間遅延計算器２７５を利用してΔｔを計算することにより、開ループ制御が開始される時間ｔ−Δｔを計算できる。開ループコントローラ２８０は、センサ２４０からの媒体タイミング信号及び時間遅延計算器２７５からの時間遅延信号を利用し、媒体２３０がニップ部２０６に到達する前に、加熱素子２５０の電力出力を低電力のアイドリング状態レベルから高電力の実行状態レベルへ増大させる。従って、媒体２３０がフューザロール２０２と接触する際に発生するフューザロール２０２の温度降下は軽減され、これにより印刷ジョブの最初の数枚の媒体及び印刷ジョブの後続の媒体に高い画像品質を生じる。
【００３２】
図３は、フューザロール３０２、加圧ロール３０４、フューザロール３０２と加圧ロール３０４の間のニップ部３０６、アイドラロール３０８、３１０、３１２及び３１４を含む、別の例示的実施形態に従ったフューザ３００を示している。溶融部材である連続するフューザベルト３２０は、フューザロール３０２、アイドラロール３０８、３１０、３１２及び３１４上で支持される。駆動機構により、フューザベルト３２０は反時計方向に、加圧ロール３０４は時計方向に回転される。
【００３３】
フューザベルト３２０の実施形態は多層構造を有し、例えばベース層、ベース層上に設けられる中間層、中間層上に設けられる外側層を含んでもよい。ベース層は内表面３２２を形成し、内表面３２２はフューザベルトを支持するロールと接触する。外側層は媒体と接触する外表面３２４（すなわち、溶融画像形成面）を形成する。内側層はポリイミドなどからなり、中間層はシリコーンなどからなり、外側層はＤｕＰｏｎｔ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ，Ｌ．Ｌ．Ｃ．からヴァイトン（Ｖｉｔｏｎ）（登録商標）の商品名で販売されているフルオロエラストマから成っていてもよい。ポリイミド膜はフューザベルト３２０の内表面３２２を形成し、フルオロエラストマ層は外表面３２４を形成する。一般的に、ベース層の厚さは約５０μｍ〜約１００μｍである。中間層の厚さは約２００μｍ〜約４００μｍである。外側層の厚さは約２０μｍ〜約４０μｍである。また、フューザベルト３２０幅は約３５０ｍｍ〜約４５０ｍｍである。
【００３４】
フューザベルト３２０の長さは少なくとも約５００ｍｍ、約６００ｍｍ、約７００ｍｍ、約８００ｍｍ、約９００ｍｍ、約１０００ｍｍ、あるいは更に長くてもよい。
【００３５】
フューザロール３０２及びアイドラロール３０８、３１０及び３１２は、１つ以上の加熱素子３５０、３５４、３５６及び３５８によって内部がそれぞれ加熱される。加熱素子３５０はタングステン石英灯などのランプであってもよい。加熱素子３５０は、フューザロール３０２、アイドラロール３０８、３１０、３１２に沿って軸方向に延出する。加熱素子は、フューザロール３０２の外表面３０３、アイドラロール３０８の外表面３０９、アイドラロール３１０の外表面３１１及びアイドラロール３１２の外表面３１３からフューザベルト３２０へ熱を供給するために、少なくとも１つの電源から電力供給される。
【００３６】
フューザ３００は、ニップ部３０６に近いフューザベルト３２０の外表面３２４上の温度を検出するための温度センサ３６０を更に含む。少なくとも２つの軸方向に離間された温度センサが２箇所以上の位置において外表面３２４の温度プロファイルを検出すべく配置されうる。温度センサ３６０は時間遅延計算器３７５に接続される。
【００３７】
フィードバックコントローラ３７０は、温度センサ３６０、加熱素子３５０、加熱素子３５４、３５６及び３５８に接続される。フィードバックコントローラ３７０は、例えばＰＩＤコントローラであってもよい。フィードバックコントローラ３７０は、温度センサ３６０によりフューザベルト３２０の外表面３２４で測定された温度とフューザの設定温度値との間の誤差を修正する。フィードバックコントローラ３７０は、印刷装置が印刷ジョブ間のアイドリング状態にあるときにはフューザベルト３２０をアイドリング温度に保持し、実行状態にあるときにはフューザベルト３２０を設定温度に保持するように加熱素子３５０、３５４、３５６及び３５８を制御する。
【００３８】
フューザ３００は、加熱素子３５０に接続された開ループコントローラ３８０、加熱素子３５４、３５６及び３５８、及び時間遅延計算器３７５を更に含む。フィードバックコントローラ３７０及び開ループコントローラ３８０からの入力信号は、加算結合点３９０において加えられる。出力信号は、加算結合点３９０から加熱素子３５０、３５４、３５６及び３５８に送られる。
【００３９】
図３はニップ部３０６に到達する媒体３３０、例えば普通紙、コーティングされていない紙、透明媒体又は他のタイプの印刷媒体を示している。媒体３３０は印刷装置の給紙装置によって供給される。媒体３３０は上面３３２及び下面３３４を有する。少なくとも１つのトナー像が上面３３２に担持される。ニップ部３０６において、媒体３３０上のトナー像を溶融させるため、外表面３２４は上面３３２と、外表面３０５は下面３３４と接触する。
【００４０】
媒体３３０のニップ部３０６への到達時間ｔは、印刷装置の媒体供給特性に基づいて推測又は計算され、あるいはセンサによって検出される。フューザ３００は、ニップ部３０６への媒体３３０の到達を検出するためにニップ部３０６の上流に配置される、光学センサなどのセンサ３４０を含む。センサ３４０は、時間遅延計算器３７５及び開ループコントローラ３８０に接続される。時間遅延計算器３７５は、温度センサ３６０からの信号を利用して、フューザベルト３２０の温度性能に基づいて時間遅延（すなわちΔｔの値）を計算する。これにより、媒体に使用される初期時間遅延値を再計算及び更新することが可能となる。時間遅延信号は時間遅延計算器３７５から開ループコントローラ３８０に送られる。信号は媒体センサ３４０から時間遅延計算器３７５及び開ループコントローラ３８０に送られる。媒体３３０の到達時間が決定されると、開ループ制御の開始時間ｔ−Δｔが決定される。媒体３３０は印刷ジョブにおける最初の印刷となることがある。
【００４１】
媒体３３０がニップ部３０６に到達する前の選択された時間ｔ−Δｔ前後に開始され、媒体３３０がニップ部に到達する時間ｔ前後までの期間Δｔにわたり、フィードバックコントローラ３７０は開ループコントローラ３８０によりバイパスされる。このバイパス期間に、開ループコントローラ３８０は、フューザベルト３２０を加熱するための電力供給を増大させるべく加熱素子３５０、３５４、３５６及び３５８を制御する。加熱素子３５０、３５４、３５６及び３５８はバイパス期間において各々の最大出力レベルで動作可能であり、またバイパス期間に異なる電力段階レベルで動作可能である。媒体３３０のニップ部３０６への供給及び加熱素子３５０、３５４、３５６及び３５８の制御は、媒体３３０が時間ｔにニップ部３０６に到達するようにタイミングを定められ、フィードバックコントローラ３７０はこのタイミングにおいて加熱素子３５０、３５４、３５６及び３５８の制御を再開する。開ループ制御は、媒体３３０がニップ部３０６に到達する前に、加熱素子３５０、３５４、３５６及び３５８の電力出力を低電力のアイドリング状態レベルから高電力の実行状態レベルへと増大させる。従って、媒体３３０がフューザベルト３２０と接触する際に発生するフューザベルト３２０の温度降下は軽減され、これにより印刷ジョブの最初の数枚の媒体及び印刷ジョブの後続の媒体に高い画像品質を生じる。
【００４２】
図４は、媒体がフューザニップ部に到達する前後における、フューザの少なくとも１つの加熱素子の例示的制御を示している。例えば、フューザ２００及び３００は制御可能である。加熱素子は時間ｔ−Δｔまでフィードバックの制御下にある。この時、フィードバック制御は、時間遅延計算器から時間遅延信号を、及び媒体センサから媒体タイミング信号を開ループコントローラに送ることによりバイパスされる。また、加熱素子の開ループ制御が開始される。開ループ制御は期間Δｔの間継続される。時間ｔにおいて、加熱素子のフィードバック制御が再開される。
【００４３】
図４は、媒体、すなわち紙が時間ｔにフューザニップ部に到達することを示している。この時、フィードバックコントローラは制御を再開する。フューザの温度は時間ｔ−Δｔまでは設定温度ＴSET前後に保持される。図４では、設定温度はアイドリング温度と等しい。他の実施形態では、アイドリング温度は設定温度より高いこともあり、低いこともある。示されるように、時間ｔ−Δｔにおいて、溶融画像形成面の温度を高めるためにフューザロール又はフューザベルトの加熱素子の電力出力を増大させるべく開ループ制御が開始される。溶融画像形成面は、時間ｔ前後において最高温度ＴMAXに達する。ＴMAXの目標値はシミュレーション及び実証試験を利用して予め決定されてもよく、また推測されてもよい。所与の媒体タイプ、例えば軽量紙について、時間遅延が増大すると加熱素子への電源供給量が増大する。これにより溶融画像形成面が達する最高温度ＴMAXが増大することもあり、増大しないこともある。
【００４４】
時間ｔにおいて、媒体は溶融画像形成面と接触し、その温度をＴSET以下の最低温度ＴMINに次第に低下させる。所望の温度を下回る温度への低下、すなわち設定温度以下への温度の低下は「降下（ｄｒｏｏｐ）」と呼ばれる。フィードバック制御は、ＴMINから設定温度ＴSET前後に溶融画像形成面温度を高めるべく時間ｔにおいて再開される。
【００４５】
溶融画像形成面が開ループ制御によって加熱される最高温度ＴMAXを最小化することが望ましい。ＴMAXを最小化することで、媒体上に担持されたトナー粒子が過度な高温に晒され、その結果画像品質に一定の関連する故障モードを生じることを防ぎ、フューザロール又はフューザベルトの耐用年数を延長することが可能である。
【００４６】
更に、温度対（温度超過に関連付けられる）ＴSETを超える時間曲線の間で定義される領域（ＩOS）を最小化し、更にフューザロール又はフューザベルトの温度の降下に関連する、温度対ＴSETを下回る時間曲線の間で定義される領域（ＩD）を最小化することが望ましい。時間遅延Δｔは以下の式（１）によって推測される。
Δｔ＝Ａ・ＩD−Ｂ・ＩOS  （１）
式（１）において、Ａ及びＢは重み付け定数である。ＩD＞＞ＩOSであるときΔｔは増大され、ＩOS＞＞ＩDであるときΔｔは減少する。ＩOS（並びにＴMAX及びＴMIN）が不都合に高くならないようを抑制するため、重み付け定数Ａ及びＢの平衡を保つことが望ましい。更に、時間遅延を最適化し、領域ＩD及びＩOSを最小化することが望ましい。
【００４７】
時間遅延Δｔは印刷装置のアイドリング状態から実行状態への移行において発生する熱過渡に対応すべく利用される。アイドリング状態において、フューザロールの加熱素子又はフューザベルトを支持する多数のロールの加熱素子は、低電力レベル（例えば最大定格電力の約５％〜約１０％）で動作する。時間遅延期間にフューザロール又はフューザベルトを高電力レベル（例えば最大電力レベルの最大９０％、場合により加熱素子の最大出力）まで加熱することで、印刷ジョブの最初の媒体が低温のニップ部に接触することはない。またフィードバックコントローラは、フューザの実行状態が開始されると、フューザロール又はフューザベルトを加熱する制御を再開できる。ランプなどの加熱素子の信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号であることから、加熱素子がオン／オフされる。電力レベルはＰＷＭ入力の負荷サイクルにより制御される。
【００４８】
アイドリング状態から実行状態へ移行する際に、フューザロール又はフューザベルトによって加熱される印刷ジョブの最初の媒体に適用される時間遅延Δｔの値は、実証試験又は印刷装置のシミュレーションに基づいて決定できる。印刷ジョブの１つ以上の媒体（例えば、１枚から少なくとも１０枚の媒体）は、記憶された時間遅延値を利用して、フューザ降下の性能を反映する媒体上のトナー像品質を決定すべく分析される（例えば、視覚的に検査される）ことが可能である。トナー像品質が所望の画像基準を満たしていない（例えば、媒体へのトナー付着が不十分である）と決定された場合、すなわち当該時間遅延において所望の最大値を上回る温度降下が発生したことが示された場合、式（１）を利用して時間遅延計算器により当該媒体タイプに関する時間遅延を再計算してもよい。フューザロール又はフューザベルトの温度性能は、温度超過及び降下性能を示す温度対時間曲線（図４参照）に基づいて評価できる。温度性能データは、フューザロール又はフューザベルトに操作によって関連付けられる１つ以上の温度センサから時間遅延計算器に提供される。開ループコントローラへ送られる時間遅延の再計算値は初期値より大きいこともあり、小さいこともある。熱過渡を特徴付けるために、印刷ジョブに含まれたシートに加えて更なるシートが必要とされる場合、新たな時間遅延値の計算は当該印刷ジョブのために中断できる。追加のシートは熱過渡が十分に特徴付けられるまで実行可能である。
【００４９】
異なる媒体のタイプに対する時間遅延の初期値及び再計算値は、例えばマシン内の不揮発性メモリに配置された表に記憶できる。時間遅延値が再計算される場合、表は再計算された値を含めるように自動的に更新可能である。続いて、再計算された時間遅延値は、表に含まれた対応する媒体のタイプの後続の印刷ジョブに適用される。
【００５０】
フューザロールの加熱素子の開ループ制御、又はフューザベルトを支持するロールの加熱素子及び対応する時間遅延は、印刷装置がアイドリング状態から実行状態へ移行する際にのみ利用され、印刷ジョブの最初の媒体においてトナー像品質が不十分であるという問題に対処する。印刷装置が実行状態にある場合に媒体のタイプを変更することは、アイドリング状態から実行状態への変更と比べ、フューザロール又はフューザベルトの熱変動に対する妨害となりにくい。このため、一般的に媒体のタイプの変更は、開ループ制御を制御するためのアルゴリズム中では考慮されない。例えば、アイドリング状態から実行状態への移行は、アイドリング状態における加熱素子の電力定格の約１０％から実行状態における電力定格の約９０％まで使用でき、この間にフューザロール又はフューザベルトの所望の熱流束が確立される。電力定格が９０％から７０％へ移行する場合（例えば、連続する印刷ジョブが厚い媒体から薄い媒体に変更される場合）、あるいは電力定格が７０％から９０％へ移行する場合（例えば印刷装置において薄い媒体から厚い媒体へ変更される場合）、熱流束はアイドリング状態から実行状態へ移行する場合と比較して通常は著しく迅速に確立できる。
【００５１】
実施例
媒体上のトナーを溶融するために図２に示されるような構成を有するフューザを操作する例をモデル化する。表１は異なる７つの媒体のタイプ、すなわちコーティングされていない軽量媒体、コーティングされていない中間重量媒体、コーティングされていない重量媒体、コーティングされた軽量媒体、コーティングされた中間重量媒体、コーティングされた重量媒体、及び透明媒体を示している。それぞれ媒体番号１〜７が付与される。これらの異なる媒体のタイプは、対応する異なる時間遅延Δｔ１からΔｔ７を有する。数値はこの順序で大きくなる。モデルにおいて、軽量媒体１及び４の溶融温度は１８０℃であり、中間重量媒体２及び５の溶融温度は１９０℃であり、重量媒体３及び６の溶融温度は２００℃である。また、透明媒体７の溶融温度は２００℃である。
【００５２】
【表１】
2010039490.tif 000003
【００５３】
モデルにおいて、特定の媒体についてアイドリング状態から印刷ジョブが開始されるごとに、アルゴリズムは、その媒体のタイプについて表１に特定された時間遅延値をフューザロールの加熱素子の開ループ制御に適用する。モデルでは、軽量媒体１及び４は各々５秒及び７秒の時間遅延Δｔ１及びΔｔ４を有している。中間重量媒体２及び５は１０秒及び１２秒の時間遅延Δｔ２及びΔｔ５を有している。重量媒体３及び６は１５秒及び１７秒の時間遅延Δｔ３及びΔｔ６を有している。また、透明媒体７は１７秒の時間遅延を有している。次いで、媒体に関する印刷性能が測定され、初期時間遅延値がジョブ開始後に更新される。
【００５４】
モデルでは、以下の機械構成が利用される。すなわち、線間電圧は２０８Ｖ、加熱素子（ランプ）の定格は１０００Ｗ、電流制限デバイスは利用せず、フューザロールタイプはＡである。
【００５５】
印刷装置はアイドリング状態で開始される。第一のジョブ、すなわちコーティングされた軽量媒体（媒体４）１０枚の実行が提出される。印刷装置はサイクルアップし、実行状態を入力する。印刷装置は、遅延時間Δｔ４を適用し、シートがフューザロールに到達する前に、開ループ制御を利用してフューザロール中の加熱素子に電力供給を行い最大出力とする。
【００５６】
第一の印刷ジョブの最初の媒体が印刷される際に、フューザの降下性能が測定される。ジョブの完了前に温度が設定温度に戻らない場合、グラフの降下部分の領域の測定は利用されず、媒体４に関する時間遅延の計算及び更新は中断される。熱過渡が特徴付けられている場合、媒体４に対する新たな時間遅延値Δｔ４−１が時間遅延計算器を利用して計算され、表２に記憶される。新たな時間遅延値Δｔ４−１は式（１）を利用し、フューザ温度対時間曲線からの領域ＩOS及びＩDを利用して計算される。時間遅延Δｔ４−１が既に最適値である場合も計算は行われ、表２に記入される。
【００５７】
【表２】
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【００５８】
印刷装置はサイクルアウトし、アイドリング状態に戻る。
【００５９】
次に、ユーザは第二のジョブ、コーティングされた軽量媒体（媒体４）１０枚の実行、及び第三のジョブ、コーティングされていない中間重量媒体（媒体２）１００枚の実行を提出する。第二のジョブは第三のジョブに先立って実行される。
【００６０】
印刷装置はサイクルアップし、実行状態を入力する。媒体４が第二のジョブの開始において適用される媒体タイプであることから、アルゴリズムは、表２に記憶された時間遅延Δｔ４−１を利用してフューザロール中の加熱素子に最大出力まで電力供給すべく開ループ制御を開始する。
【００６１】
第二の印刷ジョブの最初の媒体が印刷される際に、フューザの降下性能が測定される。モデルにおいて、熱過渡を特徴付けるために１０枚以上のシートが必要である場合、媒体４に関する新たな時間遅延値の計算は、当該ジョブのために中断される。熱過渡が特徴付けられている場合、媒体４に対する新たな時間遅延値Δｔ４−２が計算され、表３に記憶される。新たな時間遅延Δｔ４−２は、式（１）を利用し、フューザ温度対時間曲線からの領域ＩOS及びＩDを利用して計算される。
【００６２】
【表３】
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【００６３】
印刷装置はサイクルアウトし、アイドリング状態に戻る。
【００６４】
次いで第三のジョブが実行される。第三のジョブは印刷装置が既に実行状態にあるときに開始され、従って媒体４から媒体２に変更される場合、時間遅延は印刷装置に適用されない。
【００６５】
次に、ユーザは第四のジョブ、コーティングされていない中間重量媒体（媒体２）１０００枚の実行を提出する。印刷装置はサイクルアップし、実行状態を入力する。アルゴリズムは、表３に記憶された時間遅延Δｔ２を利用してフューザロール中の加熱素子に最大出力まで電力供給すべく開ループ制御を開始する。
【００６６】
第四の印刷ジョブの最初の媒体が印刷される際に、フューザの降下性能が測定される。熱過渡が特徴付けられている場合、媒体２に対する新たな時間遅延値Δｔ２−１が計算され、表４に記憶される。
【００６７】
印刷装置はサイクルアウトし、アイドリング状態に戻る。
【００６８】
【表４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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